微流體閥的制作方法
【專利摘要】一種微流體閥，包括第一儲蓄器、第二儲蓄器、慣性泵和將所述第一儲蓄器連接到所述第二儲蓄器的通道。所述第二儲蓄器用以在壓力梯度下通過所述通道從所述第一儲蓄器接收流體。所述慣性泵在所述通道內靠近所述第二儲蓄器并遠離所述第一儲蓄器。
【專利說明】
微流體閥
【背景技術】
[0001]閥被用于最小化或消除沿特定方向的流體流動。微流體系統中的閥通常需要特定材料，該特定材料可能是昂貴的、難于制造或者具有有限的材料兼容性。微流體系統中的閥通常包括移動部件，從而降低可靠性。
【附圖說明】
[0002]圖1為示例微流體閥的示意性圖示。
[0003]圖2(a)_2(f)示意性例示在不存在來自源儲蓄器的壓力梯度的情況下圖1的微流體閥的慣性栗的示例操作。
[0004]圖2(g)示意性例示由圖2(a)_2(f)的慣性栗的操作產生的對抗來自源儲蓄器的壓力梯度流以用作閥的阻力流。
[0005]圖3為可由圖1的微流體閥執行的示例方法的流程圖。
[0006]圖4為另一不例微流體閥的不意性圖不。
[0007]圖5為再一示例微流體閥的示意性圖示。
[0008]圖6為又一示例微流體閥的示意性圖示。
[0009]圖7為另一微流體閥的不意性圖不。
[0010]圖8-13為另一示例微流體閥在不同示例操作狀態下的示意性圖示。
[0011]圖14和圖15為另一示例微流體閥在不同示例操作狀態下的示意性圖示。
【具體實施方式】
[0012]圖1示意性例示示例微流體閥20。如下文將描述的，微流體閥利用慣性栗在儲蓄器之間的壓力梯度下控制流體的流動。在很多實施方式中，微流體閥20減少或省略移動部件，具有更低的成本并可提供增強的可靠性。
[0013]微流體閥20包括儲蓄器22、儲蓄器24、通道32和慣性栗34。通道32流體連接儲蓄器22和儲蓄器24。在例示的示例中，壓力梯度將儲蓄器22內的流體通過通道32朝向儲蓄器24偏壓。在一個實施方式中，壓力梯度由另外的栗(未示出)提供，該另外的栗當被致動時施加力以使流體從儲蓄器22朝向儲蓄器24移動。在另一實施方式中，壓力梯度可由重力提供。
[0014]慣性栗34包括沿通道32靠近儲蓄器24并遠離儲蓄器22定位的栗送裝置。換言之，慣性栗34與儲蓄器24隔開的距離小于儲蓄器22和儲蓄器24之間的總流體路徑的長度的一半。慣性栗34利用通道內的慣性和動量來產生流體流，通道與其所連接的兩個儲蓄器相比相對較窄。為了本公開的目的，術語“慣性栗”指的初始在一通道內沿兩個方向驅動流體的栗送裝置，該通道相對于其所連接的儲蓄器較窄，但是其中所述栗送裝置不對稱地定位在儲蓄器之間以使最終結果為流體沿朝向兩個儲蓄器中的最遠的儲蓄器的方向驅動。
[0015]在系統20中，慣性栗34被選擇性地致動以產生沿與由壓力梯度引起的流體流相反的方向的流體流，從而控制流體從儲蓄器22向儲蓄器24的流動。在一個實施方式中，慣性栗34可被致動至阻止流體從儲蓄器22向儲蓄器24的流動的程度。在另一實施方式中，慣性栗34可被選擇性地致動以控制并降低流體在壓力梯度下從儲蓄器22向儲蓄器24流動的流率。
[0016]在一個實施方式中，慣性栗34包括氣泡噴射栗。氣泡噴射栗為產生初始膨脹氣泡以移動或驅動鄰近的流體遠離氣泡的栗。氣泡噴射栗的一個示例包括微加熱器，諸如熱噴墨(TIJ)栗。熱噴墨栗利用電流穿過其中的一個或多個電阻器。當電流穿過一個或多個電阻器時由一個或多個電阻器產生的熱蒸發靠近該電阻器的流體以產生氣泡。隨著這種氣泡初始產生并膨脹，氣泡初始驅動鄰近的流體遠離氣泡。
[0017]圖2(a)_2(f)例示系統20的示例實施方式的操作，其中慣性栗34包括氣泡噴射栗。圖2(a)-2(f)例示用作慣性栗34的氣泡噴射栗的單次致動的膨脹-破裂循環。單次膨脹-破裂循環導致沿遠離最靠近慣性栗34的儲蓄器24的方向施加到流體的力，從而對抗并控制在壓力梯度下來自儲蓄器22的流體流。
[0018]圖2(a)例示通道32內的流體靜止的開始狀態下的系統20。圖2(b)例示在用作慣性栗34的氣泡噴射栗的單次致動時的系統20。如圖2(b)所示，氣泡噴射栗產生高壓蒸汽氣泡36。氣泡提供推動流體沿兩個方向遠離氣泡36的正壓力差。如圖2(c)所示，氣泡36的蒸汽壓力快速下降到大氣壓力以下，并且流體在負壓力差下減速同時在慣性下繼續移動。如圖2(d)所示，通道32的短臂38中的流體在到達儲蓄器24的較大界面時反轉方向或轉向。同時，通道32的較長臂40中的流體繼續朝向儲蓄器22移動。如圖2(e)所示，朝向儲蓄器22移動的長臂40中的流體到達儲蓄器22并轉向或反轉方向，以使兩個流體柱在從慣性栗34初始膨脹的開始點朝向最遠離慣性栗34的儲蓄器22偏移的碰撞點碰撞。如圖2(f)所示，由于從較短臂38流動的流體在碰撞點具有更大的動量，因此，總的破裂后動量為非零，流體最后沿朝向儲蓄器22的方向被驅動以對抗在壓力梯度下驅動的流體并控制(阻止或減少)從儲蓄器22向儲蓄器24的流動。
[0019]流體被慣性栗34驅動的流率取決于慣性栗34的功率和速度或“反沖(kick)”、慣性栗34與最靠近的儲蓄器隔開的距離、儲蓄器的橫截面面積或寬度相對于通道32的橫截面面積或寬度、以及待栗送的流體的粘性。通過慣性栗由于慣性引起的流體的運動大于由于摩擦造成的抵抗這種運動的阻力。在一個實施方式中，慣性栗34具有至少lm/s至lOm/s并且名義上高達20m/s的初始速度。在一個實施方式中，慣性栗32包括熱噴墨電阻器，該熱噴墨電阻器產生以至少lm/s至lOm/s的初始速度推進鄰近的流體的蒸汽氣泡。在一實施方式中，靠近慣性栗34的儲蓄器(儲蓄器24)的橫截面面積或寬度為通道32的橫截面面積或寬度的至少5倍且名義上至少10倍。在一個實施方式中，通道32具有200μπι的寬度而儲蓄器具有Imm的寬度(在儲蓄器24的界面處垂直于通道32的軸向方向測量)。在再一實施方式中，通道32與儲蓄器24的寬度的差可具有其它數值。
[0020]盡管圖2例示系統20的其中慣性栗34包括氣泡噴射栗的實施方式，但是在其它實施方式中，慣性栗34可包括在相對于所連接的儲蓄器較窄的通道內沿兩個方向初始驅動流體的其它栗送機構或裝置，但是其中所述栗送裝置被不對稱地定位在儲蓄器之間以使最終結果為流體沿朝向兩個儲蓄器中的最遠的儲蓄器的方向被驅動。例如，在其它實施方式中，慣性栗34可包括沿通道32的一側靠近儲蓄器24且遠離儲蓄器22的柔性或可偏轉膜，其中所述膜通過電、磁、機械或其它力能偏轉，以在相對較窄的通道內沿兩個方向初始驅動流體。在一個實施方式中，慣性栗34可包括壓電元件(PZT)可偏轉膜。
[0021]圖3為例示提供微流體閥以控制流體在壓力梯度下從第一儲蓄器到第二儲蓄器的流動的示例方法100。如步驟102所示，壓力梯度被施加到流體以通過通道從第一儲蓄器向第二儲蓄器偏壓流體流。在一個實施方式中，壓力梯度的偏壓可利用栗實現或可利用重力或其它力源實現。如步驟104所示，靠近第二儲蓄器的慣性栗被選擇性地致動以選擇性地施加反向于壓力梯度的流體流，從而控制流體在壓力梯度下向第二儲蓄器流動的流率。在一個實施方式中，由慣性栗產生的流體流足夠大以完全對抗壓力梯度并阻止流體流向第二儲蓄器。在另一實施例中，由慣性栗產生的流體流小于壓力梯度下的流體流，從而能夠可控地減小流體向第二儲蓄器流動的流率。
[0022]圖4示意性例示微流體閥120，微流體閥20的一示例實施方式。微流體閥120類似于微流體閥20，除了微流體閥120還包括慣性栗134和致動器138之外。微流體閥120中對應于微流體閥20的部件的那些其余部件被類似地編號。
[0023]慣性栗134與慣性栗34的類似之處在于，慣性栗134沿通道32靠近儲蓄器24并遠離儲蓄器22定位。慣性栗134相對于致動器34能獨立致動。致動器138包括用于選擇性致動慣性栗34、134中的任一個、不致動慣性栗34、134 二者或者致動慣性栗34、134中的兩個的裝置，以控制或調節在壓力梯度下從儲蓄器22向儲蓄器24的流體流動。在一個實施方式中，致動器138包括集成電路。在另一實施方式中，致動器138包括在非臨時性計算機可讀介質中包含的計算機可讀指令的引導或控制下操作的處理單元。通過選擇性地和獨立地致動慣性栗34、134，致動器138控制與在壓力梯度下從儲蓄器22流動通過通道32的流體對抗的流體流的力。
[0024]為了本申請的目的，術語“處理單元”應指的是目前開發的或未來開發的執行非臨時性存儲器中包含的指令序列的處理單元。指令序列的執行使處理單元執行諸如產生控制信號的步驟。指令可從只讀存儲器(R0M)、大容量存儲裝置或一些其它永久存儲器被加載在隨機存取存儲器(RAM)中，以由處理單元執行。在其它實施方式中，硬接線電路可代替或結合軟件指令使用，以實現所描述的功能。例如，控制器致動器138可被實施為一個或多個專用集成電路(ASIC)的一部分。除非特別指出，控制器或致動器不限于硬件電路和軟件的任何特定組合，也不限于由處理單元執行的指令的特定源。
[0025]在一個實施方式中，慣性栗34和134沿通道32被定位在不同位置處，從而栗34和134中的一個與栗34和134中另一個相比更靠近儲蓄器24。結果，假定栗送力相同，最靠近儲蓄器24的慣性栗與更遠離儲蓄器24的慣性栗相比產生對抗壓力梯度的更大的流體流。通過選擇性致動最靠近儲蓄器24的慣性栗或更遠離儲蓄器24的慣性栗，致動器138控制對抗壓力梯度的流體流，以控制由慣性栗34、134提供的閥機構。
[0026]在另一實施方式中，慣性栗34和134與儲蓄器24等距離間隔開，但是具有不同的栗送力。例如，慣性栗34可以以第一力或第一流率在通道32內沿兩個方向初始驅動流體，而慣性栗134可以以大于第一力的第二力或大于第一流率的第二流率在通道32內沿兩個方向初始驅動流體。通過選擇性致動栗34、134中的任一個，致動器138控制對抗壓力梯度的流體流，從而控制由慣性栗34、134提供的閥機構。
[0027]在一個實施方式中，栗34、134兩者均可沿通道32相對于儲蓄器24(和儲蓄器22)不同地定位并均可具有不同的栗送力以增強對流體流的控制。盡管系統120被例示為包括兩個可獨立致動的慣性栗34、134，但是在其它實施方式中，系統120可包括多于兩個可獨立致動或可獨立控制的慣性栗以提供對流體在壓力梯度下從儲蓄器22向儲蓄器24流動的更大程度的控制。在一個實施方式中，慣性栗34、134中的一個或兩個包括氣泡噴射栗。在其它實施方式中，慣性栗34、134中的一個或兩個包括其它類型的慣性栗。
[0028]圖5示意性例示微流體閥220，微流體閥20的一示例實施方式。微流體閥220類似于微流體閥120，除了微流體閥220被特別例示為包括慣性栗234A、234B、234C和234D(統稱為慣性栗234)。在例示的示例中，慣性栗234被提供為通道32內的氣泡噴射栗或TIJ熱電阻器的陣列。每個慣性栗234離儲蓄器24比離儲蓄器22更近。每個慣性栗234與儲蓄器24等距隔開。
[0029]每個慣性栗234可由致動器138選擇性地致動。結果，致動器138通過借助同時選擇性地致動一個或多個栗234改變同時觸發的慣性栗234的數量(TIJ電阻器的數量)以改變栗送力來控制通過通道32的流體流而用作閥。例如，為了減少流體在壓力梯度下向儲蓄器24的流動，致動器138可觸發慣性栗234A。為了更大程度地減少流體在壓力梯度下向儲蓄器24的流動，致動器138可替代地同時觸發慣性栗234A和234B。為了再大程度地減少流體在壓力梯度下向儲蓄器24的流動，致動器238可替代地同時致動更多數量的慣性栗，諸如通過同時致動慣性栗234A、234B和234D。慣性栗234的陣列為致動器138提供用以漸進地調節流體在壓力梯度下從儲蓄器22向儲蓄器24的流動被限制或減少的程度的多種組合。
[0030]圖6例示微流體閥320，微流體閥20的另一示例實施方式。微流體閥320類似于微流體閥120，除了微流體閥320被特別例示為包括慣性栗334A、334B、334C和334C(統稱為慣性栗334)。在例示的示例中，慣性栗334被提供為沿通道32的氣泡噴射栗或TIJ熱電阻器的陣列。每個慣性栗334離儲蓄器24比離儲蓄器22更近。然而，各個慣性栗334與儲蓄器24成不同的間隔。每個慣性栗334可由致動器138致動。結果，致動器138通過選擇性地致動栗334之一來控制通過通道32的流體流動。為了減少流體在壓力梯度下向儲蓄器24的流動，致動器138可觸發慣性栗334A的TIJ電阻元件。為了更大程度地減少流體在壓力梯度下向儲蓄器24的流動，致動器138可替代地觸發更靠近儲蓄器24的慣性栗334B。為了再大程度地減少流體在壓力梯度下向儲蓄器24的流動，致動器138可替代地觸發更靠近儲蓄器24的慣性栗334C或慣性栗334D。結果，致動器138通過選擇性致動與儲蓄器24成不同的間隔的慣性栗來控制和調節流體在壓力梯度下從儲蓄器22向儲蓄器24的流動的程度。
[0031 ]在例示示例中，慣性栗334另外被配置為被同時致動或觸發。結果，除了基于選擇性觸發的栗與儲蓄器24的間距來選擇性控制慣性栗334中哪個被觸發以控制閥調節之外，致動器138可通過選擇性地同時致動兩個或更多個栗334以另外改變慣性栗334的陣列的栗送力來控制通道32內的流體流動。例如，為了減少在壓力梯度下向儲蓄器24的流體流動，致動器138可觸發慣性栗334D。為了更大程度地減少在壓力梯度下向儲蓄器24的流體流動，致動器138可替代地同時觸發慣性栗334D和334A。為了更大程度地減少在壓力梯度下向儲蓄器24的流體流動，致動器138可替代地同時觸發栗334D和334B，其中增強的向儲蓄器24的流體流動的減少是由于與慣性栗334A相比慣性栗334B更靠近儲蓄器22。為了再大程度地減少在壓力梯度下向儲蓄器24的流體流動，致動器238可替代地同時致動更多數量的慣性栗，諸如通過同時致動慣性栗334D、334A和334B。慣性栗334的陣列為致動器138提供用以遞進地調節在壓力梯度下從儲蓄器22向儲蓄器24的流體流動被限制或減少的程度的多種組合。
[0032]圖7示意性例示微流體閥420，微流體閥20的另一實施方式。微流體閥420包括用于調節或控制在壓力梯度下從一個或多個流體源向一個或多個不同的接收儲蓄器的流體流動的閥系統。微流體閥420包括源儲蓄器422、接收儲蓄器424A、424B(統稱為接收儲蓄器424)、通道432、慣性栗434A、434B(統稱為慣性栗434)和致動器438。源儲蓄器422與系統20的源儲蓄器422類似之處在于系統420的源儲蓄器422提供處于壓力梯度下的流體的供應或源以在沒有阻力的情況下朝向接收儲蓄器424中的一個或兩個流動。在一個實施方式中，使流體從儲蓄器42流動的壓力梯度可由與儲蓄器422關聯的栗提供。
[0033]接收儲蓄器424類似于接收儲蓄器24。接收儲蓄器424在慣性栗434和致動器438的控制下通過通道432從源儲蓄器422選擇性接收流體。
[0034]通道432與通道32的類似之處在于，通道432將流體連接儲蓄器422和424。在例示的示例中，壓力梯度將儲蓄器422內的流體通過通道432朝向儲蓄器424偏壓。通道432包括分支440、442A和442B(統稱為分支442)。分支440被直接或間接流體連接到儲蓄器422，并將流體在壓力梯度下朝向與分支442的接合處或交叉點444引導。分支442A從交叉點444延伸到儲蓄器424A。分支442A從交叉點444延伸到接收儲蓄器424A。分支442B從交叉點444延伸到接收儲蓄器424B。盡管分支442被例示為以相對于分支440成所示的等角從交叉點444延伸，但是在其它實施方式中，分支442可以相對彼此以可能相等或可能不相等的其它角度從交叉點444延伸。
[0035]慣性栗434類似于慣性栗34。慣性栗434A沿分支442A靠近儲蓄器424A并遠離儲蓄器422且遠離儲蓄器424B定位。慣性栗434B沿分支442B靠近儲蓄器424B并遠離儲蓄器424A定位。換言之，慣性栗434A和434B離它們關聯的接收儲蓄器424A和424B分別比它們離儲蓄器422或其它接收儲蓄器更近。在一實施方式中，慣性栗434中一個或兩個包括氣泡噴射栗。在再其它的實施方式中，慣性栗434中一個或多個可包括具有可偏轉膜的其它類型的慣性栗，諸如PZT栗。
[0036]致動器438與上面描述的致動器138的類似之處在于，致動器438包括用以選擇性致動慣性栗434A、434B中的任一個、不致動慣性栗434A、434B 二者或致動434A、434B 二者來控制流體在壓力梯度下從儲蓄器422向儲蓄器424中的一個或兩個的流動。在一個實施方式中，致動器438包括集成電路。在另一實施方式中，致動器438包括在非臨時性計算機可讀介質中包含的計算機可讀指令的引導或控制下操作的處理單元。通過選擇性地和獨立地致動慣性栗434，致動器438控制與在壓力梯度下從儲蓄器422流動通過通道432的流體對抗的流體流的力。
[0037]在一個實施方式中，致動器438可選擇性地致動慣性栗434以將來自儲蓄器422的流體引導至所選擇的一個儲蓄器424。例如，在流動通過分支440的流體在栗534B和534C沒有致動的情況下均等地分配到分支442的一個實施方式中，致動器438可致動慣性栗434A以使得沿分支442A朝向交叉點444的流體流率為在壓力梯度下來自源儲蓄器422的流體流率的1/2。在這種實施方式中，來自源儲蓄器422的流體流動到接收儲蓄器424B。相比之下，在流動通過分支440的流體在栗434沒有致動的情況下均等地分配到分支442的另一實施方式中，致動器438可致動慣性栗434B以使得沿分支442B朝向交叉點444的流體流率為在壓力梯度下來自源儲蓄器422的流體流率的1/2。在這種實施方式中，來自源儲蓄器422的流體流動到接收儲蓄器424A。在一些實施方式中，在沒有操作任一栗434的情況下，流動通過分支440的流體可能不在分支442之間均等地分配，諸如如果通道442具有不同的尺寸或者在交叉點444處的角度不同。在這種情況下，根據來自分支440的這種不均等的流動性能，慣性栗434當被致動時可產生大于或小于來自源儲蓄器422的流體流率的一半的朝向交叉點444的流體流率。在再一實施方式中，致動器438可致動兩個栗434，以阻止或阻擋流體流向儲蓄器424A、424B中的任一個。
[0038]在一個實施方式中，系統420可包括如上關于系統220或系統320所述的那樣沿分支442中的一個或兩個的另外的慣性栗。在這種實施方式中，通過選擇性致動多個慣性栗的不同組合，致動器438選擇性地并遞進地控制從儲蓄器422流向每個儲蓄器424的流體流的百分比。例如，在分支442均包括諸如關于系統220所示并如上描述的慣性栗234A-234D陣列之類的慣性栗陣列的實施方式中，致動器438可選擇性地致動不同數量的慣性栗以改變栗送力，從而遞進地調節在壓力梯度下從儲蓄器422流向每個儲蓄器424的一部分流體流的百分比。在分支442均包括諸如關于系統320所示并如上描述的慣性栗334A-334D陣列之類的慣性栗陣列的實施方式中，致動器438可選擇性地致動在距它們關聯的接收儲蓄器424不同間距處的不同的慣性栗334以及不同數量和/或不同組合的這種慣性栗334，從而改變來自這種慣性栗的流體流率，以遞進地調節在壓力梯度下從儲蓄器422流向儲蓄器424A和儲蓄器424B的流體的百分比或部分。
[0039]如由圖7所示，在一個實施方式中，微流體閥420可另外包括將關于流體閥420的性能的反饋提供到致動器438的一個或多個補充流量計或傳感器449。在一個實施方式中，依照非臨時性計算機可讀介質中提供的指令，致動器438分析這種反饋并調節慣性栗434的操作參數以更好地校準慣性栗434來實現對流體流動的期望控制。例如，在一個實施方式中，基于來自傳感器449的反饋，致動器438可調節一個慣性栗434隨著流體在壓力梯度下從儲蓄器422栗送出而被致動或觸發的八個時點。在再一實施方式中，流量計或傳感器449可省略。
[0040]圖8-13例示處于不同操作狀態的微流體閥520，微流體閥20的一示例實施方式。微流體閥520類似于微流體閥420，除了微流體閥520包括通過通道532連接的三個儲蓄器522A、522B和522C(統稱為儲蓄器522)，其中多個慣性栗534根據微流體閥520的操作狀態與用作源儲蓄器或接收儲蓄器的儲蓄器533中的每個關聯。多個慣性栗53可由致動器438(關于系統420示出并在上面描述)選擇性地致動以選擇性控制流體從儲蓄器522中一個向儲蓄器522中選擇的另一個的流動。
[0041 ]通道532類似于通道432。通道532連接儲蓄器522，并包括在交叉點544處相互連接的分支542A、542B和542C(統稱為分支542)。盡管被例示為彼此平行或垂直，分支540可以彼此以其它角度延伸。
[0042]在例示的示例中，系統520包括靠近關聯的或指定的儲蓄器522并遠離其余儲蓄器522的可選擇性地致動的兩個慣性栗534。在例示的示例中，系統520包括靠近儲蓄器522A的慣性栗534A1、534A2，包括靠近儲蓄器522B的慣性栗534B1、534B2并包括靠近儲蓄器522C的慣性栗534C1、534C2。每個慣性栗534可由致動器438獨立致動，從而每對慣性栗534之一可被致動，一對慣性栗中的兩個慣性栗可被致動，或一對慣性栗中沒有慣性栗被致動。在例示的示例中，每個慣性栗534當被觸發時產生大致相同的栗送力，以產生與其它慣性栗534在被觸發時的流率相等的流率的流體流動。在一個實施方式中，每個慣性栗534包括包含諸如TIJ熱電阻元件的微加熱器的氣泡噴射栗。在其它實施方式中，慣性栗534可包括其它類型的慣性栗，諸如具有可偏轉膜的慣性栗，諸如PZT栗。
[0043]圖8例示處于第一操作狀態的微流體閥520，其中流體從儲蓄器522A被栗送出并被引導至儲蓄器522B。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗534A1和534A2兩者以從儲蓄器522A栗送流體。在致動或觸發栗534A1和534A2后的預定時期之后，根據通道532的長度尺寸、流體的粘性以及栗534的特性，致動器438致動或觸發慣性栗534C1同時栗534C2和534B1、534B2保持不作用或關閉。在流動通過分支542A的流體在栗534B和534C沒有致動的情況下均等地分配到分支542B和542C的一個實施方式中，慣性栗534C1的觸發產生組合的慣性栗534A1和534A2觸發的流體流的1/2。結果，通過分支542C到儲蓄器522C的流體流動基本被阻止或關閉(如由“X”表示)，從而來自儲蓄器522A的流體流動通過分支542B進入儲蓄器522B中。
[0044]圖9例示處于第二操作狀態的微流體閥520，其中流體從儲蓄器522A被栗送出并被引導至儲蓄器522C。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗534A1和534A2兩者以從儲蓄器522A栗送流體。在致動或觸發栗534A1和534A2后預定時期之后，根據通道532的長度尺寸、流體的粘性以及栗534的特性，致動器438致動或觸發慣性栗534B1同時栗534B2和534C1、534C2保持不作用或關閉。在流動通過分支542A的流體在栗534B和534C沒有致動的情況下均等地分配到分支542B和542C的一個實施方式中，慣性栗534B1的觸發產生組合的慣性栗534A1和534A2觸發的流體流的1/2。結果，通過分支542B到儲蓄器522B的流體流動基本被阻止或關閉(如由“X”表示)，從而來自儲蓄器522A的流體流動通過分支542C進入儲蓄器522C中。
[0045]圖10例示處于第三操作狀態的微流體閥520，其中流體從儲蓄器522C被栗送出并被引導至儲蓄器522A。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗534C1和534C2兩者以從儲蓄器522C栗送流體。在致動或觸發栗534C1和534C2后預定時期之后，根據通道532的長度尺寸、流體的粘性以及栗534的特性，致動器438致動或觸發慣性栗534B1同時栗534B2和534A1、534A2保持不作用或關閉。在流動通過分支542B的流體在栗534A和534B沒有致動的情況下均等地分配到分支542A和542B的一個實施方式中，慣性栗534B1的觸發產生組合的慣性栗534C1和534C2觸發的流體流的1/2。結果，通過分支542B到儲蓄器522B的流體流動基本被阻止或關閉(如由“X”表示)，從而來自儲蓄器522C的流體流動通過分支542A進入儲蓄器522A中。
[0046]圖11例示處于第四操作狀態的微流體閥520，其中流體從儲蓄器522B被栗送并被引導至儲蓄器522A。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗534B1和534B2兩者以從儲蓄器522B栗送流體。在致動或觸發栗534B1和534B2后預定時期之后，根據通道532的長度尺寸、流體的粘性以及栗534的特性，致動器438致動或觸發慣性栗534C1同時栗534C2和534A1、534A2保持不作用或關閉。在流動通過分支542B的流體在栗534A和534C沒有致動的情況下均等地分配到分支542A和542C的一個實施方式中，慣性栗534C1的觸發產生組合的慣性栗534B1和534B2觸發的流體流的大約1/2。結果，通過分支542C到儲蓄器522C的流體流動基本被阻止或關閉(如由“X”表示)，從而來自儲蓄器522B的流體流動通過分支542A進入儲蓄器522A中。
[0047]圖12例示處于第五操作狀態的微流體閥520，其中流體從儲蓄器522B被栗送出并被引導至儲蓄器522C。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗534B1和534B2兩者以從儲蓄器522B栗送流體。在致動或觸發栗534B1和534B2后預定時期之后，根據通道532的長度尺寸、流體的粘性以及栗534的特性，致動器438致動或觸發慣性栗534A1同時栗534A2和534C1、534C2保持不作用或關閉。在流動通過分支542B的流體在栗534A和534C沒有致動的情況下均等地分配到分支542A和542C的一個實施方式中，慣性栗534A1的觸發產生組合的慣性栗534B1和534B2觸發的流體流的大約1/2。結果，通過分支542A到儲蓄器522A的流體流動基本被阻止或關閉(如由“X”表示)，從而來自儲蓄器522B的流體流動通過分支542C進入儲蓄器522C中。
[0048]圖13例示處于第六操作狀態的微流體閥520，其中流體從儲蓄器522C被栗送出并被引導至儲蓄器522B。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗534C1和534C2兩者以從儲蓄器522C栗送流體。在致動或觸發栗534C1和534C2后預定時期之后，根據通道532的長度尺寸、流體的粘性以及栗534的特性，致動器438致動或觸發慣性栗534A1同時栗534A2和534B1、534B2保持不作用或關閉。在流動通過分支542C的流體在栗534A和534B沒有致動的情況下均等地分配到分支542A和542B的一個實施方式中，慣性栗534A1的觸發產生組合的慣性栗534C1和534C2觸發的流體流的大約1/2。結果，通過分支542A到儲蓄器522A的流體流動基本被阻止或關閉(如由“X”表示)，從而來自儲蓄器522C的流體流動通過分支542B進入儲蓄器522B中。
[0049]盡管微流體閥520例示為具有與各個儲蓄器522關聯的一對慣性栗534，但是在其它實施方式中，微流體閥520可包括與各個儲蓄器522關聯的更多數量的這種慣性栗534。盡管微流體閥520被例示為具有沿正交于分支542的方向堆疊的慣性栗534，其中流體被栗送的流率通過調節每對栗中被觸發的栗534的數量被調節，但是在其它實施方式中，栗534可沿平行于分支542的方向堆疊，其中栗被定位為(類似于系統320的栗334)使得通過這種栗所栗送的流體的流率可另外通過選擇性觸發與其關聯的儲蓄器522間隔開不同距離的慣性栗534被調節。
[0050]在圖8-13中所示的每個示例中，在通向接收儲蓄器的分支中不存在來自慣性栗的任何阻力流的情況下，分支相對于彼此的相對角度以及這種分支的相對均等的尺寸導致從源儲蓄器流出的流體在交叉點544處在兩個接收儲蓄器之間均等地分配。為了阻止流體流動到接收儲蓄器之一，流體流動被阻止的分支內的慣性栗產生的流體流率為來自用作流體源的儲蓄器的流體流率的一半。在一些實施方式中，在通向接收儲蓄器的分支中不存在來自慣性栗的任何阻力流的情況下，諸如當通向不同尺寸的接收儲蓄器的分支和/或在交叉點544處的角度不等時，從源儲蓄器流出的流體可能在交叉點544處不被均等地分配。在這種情況下，被阻止的分支中的慣性栗可產生的朝向交叉點544的流體流率大于或小于來自源儲蓄器522的流體流率的一半，以實現這種流體流動阻止。在一些實施方式中，分支中的慣性栗的阻力流可替代地被定尺寸為減少通向關聯的儲蓄器的流體流動，而不是阻止或完全阻擋這種流體流動。
[0051 ]圖14和圖15例示處于不同的操作狀態的微流體閥620，微流體閥20的一示例實施方式。微流體閥620類似于微流體閥620，除了微流體閥620包括通過通道632連接的四個儲蓄器622A、622B、622C和622C(統稱為儲蓄器622)，其中根據微流體閥620的操作狀態，多個慣性栗634與用作源儲蓄器或接收儲蓄器的儲蓄器622中的每個關聯。多個慣性栗534可由致動器438(關于系統420示出并在上面描述)選擇性地致動，以選擇性地控制流體從儲蓄器622之一向一個或多個其它儲蓄器622的流動。
[0052]通道632類似于通道532。通道632連接儲蓄器622，并包括在交叉點644處彼此連接的分支640A、640B、640C和640D(統稱為分支640)。盡管被例示為彼此平行或垂直，但是分支640可以彼此以其它角度延伸。
[0053]在例示的示例中，系統620包括靠近每個關聯或指定的儲蓄器622并遠離其余儲蓄器622的三個可選擇性地致動的慣性栗634。在例示的示例中，系統620包括靠近儲蓄器622A的慣性栗634A1、634A2，包括靠近儲蓄器622B的慣性栗634B1、634B2，包括靠近儲蓄器622C的慣性栗634C1、634C2并包括靠近儲蓄器622D的慣性栗634D1、634D2。每個慣性栗634可由致動器438獨立致動，從而每組慣性栗634中的一個或多個慣性栗可被致動，一對慣性中的兩個慣性栗可被致動，或一對慣性栗中沒有慣性栗被致動。在例示的示例中，每個慣性栗634當被觸發時產生大致相同的栗送力，以產生與其它慣性栗634在被觸發時的流率相等的流率的流體流動。在一個實施方式中，每個慣性栗634包括包含諸如TIJ熱電阻元件的微加熱器的氣泡噴射栗。在其它實施方式中，慣性栗634可包括其它類型的慣性栗，諸如具有可偏轉膜的慣性栗，諸如PZT栗。
[0054]圖14例示處于第一操作狀態的微流體閥620，其中流體從儲蓄器622A被栗送出并被引導至儲蓄器622B。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗634A1、634A2和634A3中的每個以從儲蓄器622A栗送流體。在致動或觸發栗634A1-634A3后預定時期之后，根據通道632的長度尺寸、流體的粘性以及栗634的特性，致動器438致動或觸發慣性栗634C1和634D1同時栗634C2、634C3以及慣性栗634B1-634B3中的每個保持不作用或關閉。在流動通過分支642A的流體在栗634B、634C和634D沒有致動的情況下均等地分配到分支642B、642C和642D的一個實施方式中，慣性栗634C1的觸發產生組合的慣性栗634A1-634A3觸發的流體流的1/3。結果，通過分支642C到儲蓄器622C的流體流基本被阻止或關閉(如由“X”表示)。慣性栗634D1的觸發產生組合慣性栗634A1-634A3的觸發的流體流的1/3。結果，通過分支642D到儲蓄器622D的流體流動基本被阻止或關閉(如由“X”表示)。結果，來自儲蓄器622A的流體流動通過分支542B進入儲蓄器622B中。
[0055]圖15例示處于第二操作狀態的微流體閥620，其中流體從儲蓄器622A被栗送出并被引導至儲蓄器622D。在例示的示例中，致動器438(圖7中示出)致動或觸發慣性栗634A1、634A2和634A3中的每個以從儲蓄器622A栗送流體。在致動或觸發栗634A1-634A3后預定時期之后，根據通道632的長度尺寸、流體的粘性以及栗634的特性，致動器438致動或觸發慣性栗634B1和634C1同時栗634B2、634B3、栗634C2、634C3以及慣性栗634D1-634D3中的每個保持不作用或關閉。在流動通過分支642A的流體在栗634B、634C和634D沒有致動的情況下均等地分配到分支642B、642C和642D的一個實施方式中，慣性栗634B1的觸發產生組合的慣性栗634A1-534A3觸發的流體流的1/3。結果，通過分支642B到儲蓄器622B的流體流基本被阻止或關閉(如由“X”表示)。慣性栗634C1的觸發產生組合的慣性栗634A1-634A3觸發的流體流的1/3。結果，通過分支642C到儲蓄器622C的流體流基本被阻止或關閉(如由“X”表示)。由此，來自儲蓄器622A的流體流動通過分支642D進入儲蓄器622D中。微流體閥620可以以類似的方式操作以選擇性地將流體從儲蓄器622中所選擇的一個引導至儲蓄器622中所選擇的另一個中。以類似的方式，微流體閥620可被操作以選擇性地觸發或致動慣性栗634以將流體從儲蓄器622中所選擇的一個引導至其它儲蓄器622中的每個中或儲蓄器622中所選擇的一對中。在一些實施方式中，微流體閥620可以通過選擇性地致動慣性栗634而被操作以將流體從一對儲蓄器或三個這種儲蓄器引導到一個或兩個選擇的儲蓄器中。
[0056]在圖14和圖15中所示的示例的每個中，在通向接收儲蓄器的分支中不存在來自慣性栗的任何阻力流的情況下，分支相對于彼此的相對角度以及這種分支的相對均等的尺寸導致從源儲蓄器流出的流體在交叉點644處在三個接收儲蓄器之間均等地分配。為了阻止流體流動到接收儲蓄器中的兩個，流體流動被阻止的分支內的慣性栗產生的流體流率為來自用作流體源的儲蓄器的流體流率的三分之一。在存在η個潛在接收儲蓄器以接收來自源儲蓄器的流體并且來自源儲蓄器的流體流在不存在任何阻力流的情況下在交叉點處在不同分支之間均等分配的其它實施方式中，流體流通過下述方式被引導至潛在接收儲蓄器中特定的一個，即通過在通向接收儲蓄器的各個分支中致動慣性栗以產生為來自源儲蓄器的流體流率的l/η的阻力流。
[0057]在一些實施方式中，在通向接收儲蓄器的分支中不存在來自慣性栗的任何阻力流的情況下，從源儲蓄器流出的流體可能在交叉點處(諸如，在交叉點644處)不被均等地分配。當通向接收儲蓄器的分支具有不同尺寸和/或在交叉點544處的角度不等時，這種在交叉點處不均等的分配流體流可產生。在這種情況下，被阻止的分支中的慣性栗可產生的朝向交叉點644的流體流率大于或小于來自源儲蓄器的流體流率的l/η，以實現這種流體流阻止。在一些實施方式中，分支中的慣性栗的阻力流可替代地被定尺寸為減少向關聯的儲蓄器的流體流動，而不是阻止或完全阻擋這種流體流動。
[0058]盡管微流體閥620被例示為具有與各個儲蓄器622關聯的一組三個慣性栗634，但是在其它實施方式中，微流體閥620可包括與各個儲蓄器622關聯的更多數量的這種慣性栗。盡管微流體閥620被例示為具有沿正交于分支642的方向堆疊的慣性栗634，其中流體被栗送的流率通過調節每面中被觸發的栗634的數量被調節，但是在其它實施方式中，栗634可沿平行于分支642的方向堆疊，其中栗被定位為(類似于系統320的栗334)使得通過這種栗栗送的流體的流率可另外通過選擇性觸發與其關聯的儲蓄器622間隔開不同距離的慣性栗634被調節。
[0059]盡管已經參照示例實施例描述了本公開，但是本領域技術人員將認識到在不偏離所要求保護的主題的精神和范圍的情況下，可以做出形式上和細節上的改變。例如，盡管不同的示例實施例可能已經被描述為包括提供一種或多種優點的一個或多個特征，但是設想到在描述的示例實施例或其它替代實施例中所描述的特征可彼此互換或替代地彼此組合。因為本公開的技術相對復雜，并非該技術的所有改變是可預見的。參照示例實施例描述的并且在所附權利要求書中提出的本公開顯然旨在盡可能寬泛。例如，除非另外特別指出，記載單個特定元件的權利要求書還包含多個這種特定元件。
【主權項】
1.一種微流體閥，包括: 第一儲蓄器； 第二儲蓄器； 將所述第一儲蓄器連接到所述第二儲蓄器的通道，其中所述第二儲蓄器用以在壓力梯度下通過所述通道從所述第一儲蓄器接收流體；以及 在所述通道內靠近所述第二儲蓄器并遠離所述第一儲蓄器的慣性栗。2.如權利要求1所述的閥，其中所述栗包括氣泡噴射栗。3.如權利要求1所述的閥，進一步包括用以選擇性地改變所述慣性栗與所述第二儲蓄器的間距的致動器。4.如權利要求1所述的閥，進一步包括: 靠近所述第二儲蓄器并遠離所述第一儲蓄器的第二慣性栗；以及 用以選擇性地致動所述慣性栗和所述第二慣性栗的致動器。5.如權利要求4所述的閥，包括形成所述慣性栗和所述第二慣性栗的可獨立致動的觸發電阻器的陣列，其中所述陣列中的所述觸發電阻器與所述第二儲蓄器成不同的間隔。6.如權利要求1所述的閥，包括形成所述慣性栗的可獨立致動的觸發電阻器的陣列，所述陣列中的所述電阻器與所述第二儲蓄器成相等的間隔，其中所述致動器包括用以選擇性地觸發所述電阻器以改變被致動的所述電阻器的數量從而改變栗送力的控制器。7.如權利要求1所述的閥，進一步包括用以選擇性地改變所述慣性栗在給定位置的栗送力的致動器。8.如權利要求1所述的閥，其中所述通道包括: 第一分支； 從與所述第一分支的交叉點延伸的第二分支；以及 從所述交叉點延伸并連接到第三儲蓄器的第三分支。9.如權利要求8所述的閥，進一步包括用以選擇性地改變所述慣性栗在給定位置的栗送力和所述慣性栗的位置二者中的一個的致動器。10.如權利要求8所述的閥，進一步包括: 在所述第三分支內靠近所述第三儲蓄器并遠離所述交叉點的第二慣性栗；以及 用以獨立改變所述第一慣性栗和所述第二慣性栗的栗送的致動器。11.如權利要求10所述的閥，進一步包括在所述第一分支內的第三慣性栗，其中所述致動器用以獨立改變所述第一慣性栗、所述第二慣性栗和所述第三慣性栗的栗送。12.如權利要求1所述的閥，其中所述第二儲蓄器在所述第二儲蓄器與所述通道的接合處的橫截面積為所述通道在所述接合處的橫截面積的至少10倍。13.一種微流體閥調節方法，包括: 在第一儲蓄器與第二儲蓄器之間施加壓力梯度，以從所述第一儲蓄器通過通道向所述第二儲蓄器偏壓流體流；以及 選擇性地致動在所述通道內靠近所述第二儲蓄器并遠離所述第一儲蓄器的慣性栗以控制所述流體流。14.如權利要求13所述的方法，包括:選擇性地改變所述慣性栗在給定位置的栗送力和所述慣性栗的位置二者中的一個以控制所述流體流。15.一種微流體閥，包括: 第一儲蓄器； 第二儲蓄器； 第三儲蓄器； 通道，包括從所述第一儲蓄器延伸的第一分支、從與所述第一分支的交叉點延伸到所述第二儲蓄器的第二分支以及從所述交叉點延伸到所述第三儲蓄器的第三分支，其中所述第二儲蓄器和所述第三儲蓄器用以在壓力梯度下通過所述通道從所述第一儲蓄器選擇性地接收流體； 在所述第二分支內靠近所述第二儲蓄器并遠離所述交叉點的第一氣泡噴射栗； 在所述第三分支內靠近第三儲蓄器并遠離所述交叉點的第二氣泡噴射栗；以及用以獨立改變所述第一氣泡噴射栗和所述第二氣泡噴射栗的栗送以控制向所述第二儲蓄器和所述第三儲蓄器的流體流動的致動器。
【文檔編號】F16K13/10GK105940249SQ201480074530
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年1月29日
【發明人】A·戈維亞迪諾夫, 埃瑞克·D·托爾尼艾寧, P·科爾尼洛維奇, 大衛·P·馬克爾
【申請人】惠普發展公司，有限責任合伙企業